Вибухопожежобезпечний кабель для систем трифазного електропостачання

Вибухопожежобезпечний кабель для трифазного електропостачання, що містить не менше Запропоноване технічне рішення належить до електротехніки, зокрема, до кабельної продукції, й спрямоване на створення нової конструкції гнучких силових кабелів з параметрами вибухопожежобезпечності. Вироби такого призначення знайдуть застосування у вугільній промисловості й інших галузях народного господарства, де експлуатація кабелю здійснюється в умовах вибухонебезпечного середовища. Під час експлуатації кабелів у шахтах у результаті їх пошкоджень виникає небезпека: - ураження електричним струмом; - пожежі внаслідок виникнення струмів витоку й короткого замикання; - вибуху руднового газу й вугільного пилу внаслідок короткого замикання, розриву або замикання в колі струму витоку. Перша небезпека усувається шляхом застосування пристроїв захисту від ураження електричним струмом, які серійно випускаються й надійно зарекомендували себе в експлуатації. Слід особливо зазначити, що з упровадженням на шахтах екранованих силових кабелів умови виникнення міжфазних замикань, як правило, усунуто. Це пояснюється тим, що короткому замиканню (к.з.) між фазами передує замикання фази на землю, небезпека від якого усувається випереджувальним відключенням кабелю від мережі (до трьох основних жил, навитих на осердя, скрутень контрольних жил в оболонці і заземлювальну жилу, які розташовані у внутрішній і зовнішній захисних оболонках, який відрізняється тим, що його обладнано стрічкою з вогнестійкого та полум'ягасного матеріалу, розташованою між захисними оболонками, у скрутень контрольних жил уведено розщеплену заземлювальну жилу, при цьому оболонку скрутня виконано з напівпровідного матеріалу і прокладено уздовж осі кабелю, а осердя виконано складеним і утворено круглою оболонкою, що обхоплює скрутень, і сепараторами, що сполучаються з цією оболонкою, вмонтованими в заглибини між основними жилами. виникнення к.з). Це важливе рішення з попередження умов для утворення к.з. у кабельній мережі. Крім того, застосовують пристрої максимального струмового захисту, які дозволяють скоротити час розвитку к.з. Згадане показує, що безпека іскроутворення забезпечується як електричними захистами в схемі електропостачання, так і конструктивними захисними параметрами кабелю. Зараз у галузі широко поширені семижильні кабелі типу КГЭШ, що містять три основні, три допоміжні й одну заземлювальни жили. Ці жили скручено навколо заземлювальної жили й укладено в захисну одношарову оболонку. До недоліків цих кабелів слід віднести: застосування одношарової оболонки, будь-яке пошкодження якої призводить до порушення ізоляції струмоведучих жил, що спричиняє попадання вологи усередину кабелю і механічне пошкодження жил; відсутність у кабелі осердя збільшує імовірність пошкодження жил і створює умови для виникнення к.з. між жилами. Викликано це тим, що в кабелі без осердя, сили, які діють на опуклі поверхні жил, що стискаються, зосереджені на невеликій площі і це призводить до концентрації тиску і, отже, до роздавлювання жил і їх небезпечного пошкодження. ео ю 00 О) 8465 Відомий шахтний комбінований гнучкий силовий кабель типу CBDU 3x70+3x16+1 х16+6x2,5+1 х10 (виготовлювачзавод KABLO KLADNO, Чехія), що складається з: трьох жил перерізом 70мм 2 , які утворюють першу систему електропостачання напругою 1140В; трьох жил перерізом 16мм2, що утворюють другу систему електропостачання напругою 500В; захисної жили перерізом 16мм2 (використовується в мережах із заземленою нейтраллю); шести контрольних жил перерізом 2,5мм , поміщених у спільну оболонку, і однієї заземлювальної жили перерізом 10мм 2 , прокладеної уздовж осі осердя. Конструкція кабелю типу CBDU така: по осі прокладено осердя з поздовжнім отвором посередині, у якому прокладено заземлювальну жилу перерізом 10мм , навкруги цього осердя навито три силові жили перерізом 70мм і скрутень контрольних жил в оболонці, а в торцевих частинах променів осердя покладено три силові й одна захисна жили перерізом 16мм2. Поверх скрутня жил накладено послідовно внутрішню і зовнішню оболонки. До достоїнств цього кабелю слід віднести: наявність двошарової оболонки, що забезпечує підвищені міцністні характеристики кабелю; підвищення механічної міцності кабелю за рахунок демпфірувальних властивостей профільованого осердя; зниження механічних напруг між жилами внаслідок розподілу тиску основних жил на велику площу увігнутої поверхні осердя. Останнє підвищує стійкість кабелю до роздушу вальних й ударних навантажень. Разом з тим відомому кабелю, визначеному за прототип, властиві такі недоліки: - застосування для ізоляції жил і внутрішньої оболонки пожежонебезпечних матеріалів. Матеріал оболонки є труднопальним, однак перебування кабелю в зоні відкритого вогню призведе до вигоряння оболонки й ізоляції жил до міді. Останнє спричинить к.з. між фазами; - недостатня гнучкість кабелю внаслідок твердого з'єднання внутрішньої та зовнішньої оболонок; - матеріали, з яких виготовлено кабель, а також його конструкція не забезпечують параметри вибухозахисту й вогнестійкості кабелю; - прийняті форма та розміри профільованого осердя не враховують кількість жил у кабелі. Це призводить до зниження ефективності використання осердя й порушення геометричної стабільності жил другої лінії електропостачання; - асиметричне укладання контрольних жил щодо основних жил призводить до формування наведеної е.р.с. у колах керування, складених з контрольних і заземлювальної жил. Вплив наведеної е.р.с. викликає самовмикання схем керування і, отже, несанкціоноване включення машин (порушення вимоги п.5.8.6 Правил безпеки у вугільних шахтах ДНАОП 1.1.30-1.01.00 і п. 2.8.19.3 "Нормативів з безпеки забійних машин, комплексів та агрегатів. Макіївка-Донбас, 1990"). Відзначені недоліки вказують на необхідність створення кабелю з параметрами вибухопожежобезпечності, що має, крім того, підвищені експлуатаційні характеристики. У основу корисної моделі поставлено завдання зі створення такого кабелю, у якому введення в його структуру вибухопожежобезпечного бар'єра й особлива прокладка скрутня з контрольних і заземлювальної жил дозволяє підвищити безпеку використання кабелю у вибухонебезпечних середовищах, зокрема, гірничих виробках вугільних шахт. Поставлене завдання розв'язується за рахунок того, що вибухопожежобезпечний кабель для трифазного електропостачання, що містить не менше трьох основних жил, навитих на осердя, скрутень контрольних жил в оболонці і заземлювальну жилу, які розташовані у внутрішній і зовнішній захисних оболонках, відповідно до корисної моделі, обладнано стрічкою з вогнестійкого та полум'ягасного матеріалу, розташованою між захисними оболонками, у скрутень контрольних жил уведено розщеплену заземлювальну жилу, при цьому оболонку скрутня виконано з напівпровідного матеріалу і прокладено уздовж осі кабелю, а осердя виконано складеним і утворено круглою оболонкою, що обхоплює скрутень, і сепараторами, що сполучаються з цією оболонкою, вмонтованими в заглибини між основними жилами. Результати експериментальних досліджень, проведених у МакНДІ, довели, що вибухозахист кабелів може бути забезпечено за принципом щілинного (фланцевого) вибухозахисту, як це передбачено у вибухонепроникних оболонках електричних пристроїв [див Каймаков А.А., Торгашов B.C., Песок С.А. и др. "Взрывобезопасность рудничного электрооборудования" Под. ред. А.А.Каймакова, М., Недра, 1982-207С] Під час створення запропонованого кабелю прийнято такі параметри вибухозахисту: - зазори між струмоведучими жилами, осердям і поверхнею внутрішньої оболонки; - зазори між вибухопожежобезпечним бар'єром і поверхнями внутрішньої і зовнішньої оболонок; - довжина шляху виходу продуктів к.з. між поверхнями, що утворюють зазор. Особливістю конструкції кабелю щодо поліпшення вибухозахисту є те, що відносно дуги, що виникає між жилами, є екран, функції якого виконує внутрішня оболонка, а порожнина, утворена між оболонками, є розвантажувальним пристроєм для розпечених часток міді та продуктів к.з. Зовнішня оболонка служить герметичним і механічно міцним пристроєм, який не допускає виходу продуктів к.з. у навколишнє вибухонебезпечне середовище. Особливістю вибухозахисту запропонованого кабелю є те, що вибухопожежобезпечний бар'єр, уведений між оболонками, здійснює гасіння полум'я і, крім того, він виконаний з вогнестійкого, практично непального матеріалу. Застосування бар'єра з такими властивостями поліпшує параметри вибухозахисту кабелю. Концепція створення конструкції вибухопожежобезпечного гнучкого силового кабелю базується на: - механічно міцній конструкції кабелю з функціями діагностування електричних і конструктивних параметрів; 8465 захисному відключенні кабелю при ненормованих ЗОВНІШНІХ пошкодженнях, - локалізації іскріння в МІСЦІ пошкодження кабелю, - розміщенні основних жил у конструкції кабелю так, що утруднено умови для утворення к з , - створенні конструкції основних жил, яка враховує зниження струмів к з У заявленому технічному рішенні запропонована нова конструкція кабелю з параметрами вибухопожежобезпечності й гарантованою механічною МІЦНІСТЮ Параметри вибухопожежобезпечності кабелю забезпечено за допомогою введеного в конструкцію кабелю вибухопожежобезпечного бар'єра, яким є вогнестійка і полум'ягасяна стрічка, і який разом із внутрішньою і зовнішньою оболонками утворює щілинний вибухозахист Фізико-механічні властивості бар'єра забезпечують гасіння полум'я, зниження температури й нейтралізацію продуктів к з основних жил Одночасно бар'єр створює певну рухливість зазначених оболонок між собою і, тим самим, підвищує гнучкість і мщнюні характеристики кабелю У заявленому кабелі осердя виконано складеним і являє собою круглу оболонку, у якій знаходиться скрутень контрольних й заземлювальної жил, \ сепаратори, що сполучаються з цією оболонкою Останні виготовлено у вигляді профільованих гнучких стрижнів з еластичного матеріалу, наприклад, полівінілхлориду, форма яких відповідає формі заглибин між основними жилами й круглою оболонкою вторинних жил Така конструкція осердя, на відміну від відомих, дозволяє збільшити його демпфірувальні властивості і, крім того, досягається задана рухливість його складових частин Запропонована конструкція осердя вперше забезпечує захист від перевантаження при надмірному механічному навантаженні, що діє на кабель за рахунок того, що відбувається "провертання" основних жил із сепараторами навкруги круглої оболонки Заземлювальну жилу виконано розщепленою для досягнення правильного загального скручування жил У кабелі передбачена симетрична і рівномірна прокладка основних жил по периметру кабелю, а контрольні й заземлювальна жили виконано загальним скручуванням, поміщені в круглу оболонку, яку розташовано уздовж осі кабелю Такі рішення забезпечують геометричну стабільність і рухливість жил у кабелі, що підвищує його гнучкість, рівномірність розподілу механічного навантаження, що діє на жили, поліпшення демпфірувальних властивостей осердя, локалізацію індуктивних процесів у кабелі й усунення їх впливу на кола керування На Фіг наведено конструкцію запропонованого кабелю Кабель містить шість основних жил 1, які утворено мідним проводом, ІЗОЛЯЦІЄЮ 2 і екранним шаром 3 Скрутень 4 з контрольних 5 й заземлювальної 6 жил, поміщених у круглу оболонку 7, являє собою контрольний кабель Поверх круглої оболонки 7 навиті основні жили 1 У заглибини між основними жилами з боку оболонки 7 покладені гнучкі сепаратори 8 На скрутень основних жил послідовно накладено внутрішню оболонку 9, вибухопожежобезпечний бар'єр 10 і зовнішню оболонку 11 Сполучні кругла оболонка 7 і гнучкі сепаратори 8 утворюють осердя 12 Вибухопожежобезпечний бар'єр виконано з вогнестійкої стрічки, основою якої є сплетені нитки зі скловолокна з нанесеним на неї полум'ягасильним матеріалом, наприклад, "ОГРАКС" Ця стрічка стійка до дії, як відкритого полум'я, так і високотемпературних газів і розпечених часток металу Вибухопожежобезпечний бар'єр розташовано між двома оболонками і накладено поверх внутрішньої оболонки 7 шляхом намотування стрічки з перекриттям або без останнього Такою конструкцією одночасно досягається підвищення МІЦНОСТІ оболонки за рахунок забезпечення рухливості зовнішньої оболонки щодо внутрішньої, утворення щілинного захисту з параметрами вибухозахисту (зазор між стрічкою та оболонками, довжина шляху виходу розпечених часток металу й газів), зниження динамічних навантажень, що виникають при к з між жилами, гасіння полум'я, зниження температури нагрівання продуктів горіння дуги й нейтралізація продуктів к з Сказане підтверджено експериментальними дослідженнями, проведеними в МакНДІ Крім того, за допомогою такого бар'єра вперше досягнуто пожежобезпечні властивості як при дії к з у кабелі в разі його пошкодження, так і у випадку перебування кабелю в зоні відкритого полум'я При зовнішньому впливі вогню кабель залишиться непошкодженим протягом 2 3 годин, а в разі к з усередині не допускається викид іскор за межі зовнішньої оболонки 11 Механічна МІЦНІСТЬ кабелю досягається шляхом підвищення його гнучкості, геометричної стабільності жил у кабелі й зменшення механічних напружень між жилами за рахунок властивостей демпфіру вального осердя 12 Конструкція осердя підсилює його пружні властивості, що підвищує СТІЙКІСТЬ кабелю до ударних і роздушувальних навантажень Використання осердя, що виконує функції демпфірувальної подушки, зводить до мінімуму можливість виникнення к з між жилами і знижує тиск на основні жили, оскільки він розподіляється на велику площу увігнутої поверхні осердя, механічні напруги рівномірно розподіляються між жилами, підтримується геометрична стабільність жил у кабелі та СТІЙКІСТЬ його до роздушувальних і ударних навантажень У запропонованому кабелі передбачено розщеплення основних жил і, тим самим, кожна жила складається з двох окремих проводів У такому рішенні досягається рівномірне розміщення жил по периметру кабеля, краще заповнення структури кабелю, зменшення перерізу кожного проводу, що підвищує гнучкість кабелю в цілому, геометрична стабільність жил у кабелі, особливо в сукупності з осердям, утруднення умов для виникнення режиму к з , зниження струму к з за рахунок збільшення опору кожного проводу, що складає основну жилу, у порівнянні з перерізом однієї жили такого перерізу, збільшення струмового навантаження на жилу 8465 8 в цілому; підвищення електричної міцності за радуктів к.з. жил, зменшуються динамічні хунок зменшення товщини ізоляції. навантаження і, тим самим, усувається небезпека Передбачаючи розщеплену конструкцію основикиду продуктів к.з. за межі зовнішньої оболонки, вних жил і розміщення скрутня з контрольних й тобто в навколишнє середовище, яке може бути заземлювальної жил у центрі основних жил, усунебезпечної (вибухової) концентрації. ваються умови для утворення додаткового джереМеханічний захист від зовнішніх і внутрішніх ла у вторинних колах, обумовлених явищем взаєпошкоджень кабелю визначається міцнісними хамної індукції. рактеристиками двошарової захисної оболонки, осердям і симетричним упакуванням жил у кабелі. Виконання оболонки 7 з напівпровідного матеТакі властивості має запропонована конструкція ріалу дозволяє створити контакт заземлювальної кабелю, яка реально дозволяє поліпшити механічжили з екранними шарами основних жил, що пону та електричну міцність кабелю і, отже, підвищитрібно для функціонування пристроїв захисту при ти його безпечні властивості й експлуатаційну наненормованому опорі ізоляції основних жил. дійність. Параметри вибухозахисту запропонованого кабелю забезпечено шляхом прокладки вогнестійІз викладеного випливає, що запропонована кої стрічки між його внутрішньою та зовнішньою конструкція кабелю цілком відповідає наведеній оболонками. Унаслідок надлишкового тиску, що раніше концепції створення іскробезпечного кабевиникає усередині кабелю при к.з., як правило, лю на рівні РВ. З використанням гнучких силових стається прорив внутрішньої оболонки, що, у свою кабелів із параметрами вибухопожежобезпечності чергу, здійснює гасіння динамічних навантажень. на рівні РВ уперше розв'язується проблема безпеДалі гази й розпечені частки під дією пружних дечного застосування електричної енергії в шахтах, формацій зовнішньої оболонки утворять зазори і небезпечних за газом та пилом. На цей час вигошляхи поширення зазначених продуктів к.з. узтовлено дослідний зразок вибухопожежобезпечнодовж вогнестійкої і полум'ягасильної стрічки. Відго кабелю (520м), приймальні випробування якого бувається гасіння та нейтралізація полум'я й пробудуть проведені в 4-ому кварталі поточного року. Фіг. Комп'ютерна верстка Н. Лисенко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601